(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度制御の対象となる駆動ロールと後段ロールとの間を流れるシート材のロール間の張力を張力検出手段により検出し、
検出されたロール間の張力と、前記駆動ロールの半径と、前記駆動ロールと前記駆動電動機間の変速比に基づいて駆動電動機軸換算の後段ロール間張力分トルクをトルク演算手段により演算し、
演算された張力分トルク信号を後段ロールによる張力分トルク補正値として前記駆動ロールに対する速度制御信号から常時減じることで前記駆動ロールの過渡速度変動を抑制する、
ことを特徴とする抄紙機のロール速度制御方法。
【請求項２】
速度制御の対象となる駆動ロールと後段ロールとの間を流れるシート材のロール間張力を検出する張力検出手段と、
前記駆動ロールを回転させる駆動電動機を駆動制御する駆動制御手段と、
前記駆動電動機に対する速度基準信号に基づいて速度制御信号を生成する速度制御手段と、
前記張力検出手段によって検出されたロール間張力と、前記駆動ロールの半径と、前記駆動ロールと前記駆動電動機間の変速比に基づいて駆動電動機軸換算の後段ロール間張力分トルクを演算するトルク演算手段と、
演算された張力分トルク信号を後段ロールによる張力分トルク補正値として前記速度制御手段から出力される速度制御信号から常時減じることで前記駆動ロールの過渡速度変動を抑制する速度抑制手段と、
を具備することを特徴とする抄紙機のロール速度制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の抄紙機のロール速度制御装置において、
前記速度抑制手段は、演算された張力分トルク信号の極性を反転させた反転信号を生成する極性反転手段と、生成された反転信号を前記速度制御手段から出力される速度制御信号に常時加算する加算手段とから成ることを特徴とする抄紙機のロール速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、抄紙機システムにおいて実張力変動に伴う当該ロールの過渡速度変動を抑制して上流側への影響を無くすようにした抄紙機のロール速度制御方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
抄紙機では、製造される紙（シート材）を搬送するため、ロールの駆動トルクとして、紙の搬送トルクと搬送ロールの機械損トルクと、さらにロール間の張力を維持するための張力分トルクとが必要となる。
【０００３】
抄紙機で紙を製造中に実張力変動が発生すると、実張力変動が発生した部分の後段ロールによる紙の搬送トルクが低下する。このため、前段ロールのトルクが相対的に不足することとなり、実張力変動部分の前段ロールの速度が低下する。その結果、前段ロールの上流部分に紙の弛みが連鎖発生するため、弛んだ紙が前段ロールへの巻き込みなどにより上流部分で破断が発生するなど、破断の連鎖が発生することとなる。
【０００４】
このように抄紙機システムにおいては、一旦断紙が発生し破断部分が拡大した場合、再通紙のために操業効率の低下が発生するのを避けるために、実張力変動が発生した場合でも上流部分へ影響を与えない制御を行うことが要望されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】三浦雅浩“製紙設備用ドライブシステムの近況”紙パ技協誌  第64巻  第3号  2010年3月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来装置においては、実張力変動が発生した際、実張力変動発生箇所の後段ロールによって発生していた張力分のトルクが急激に低下し、その結果、上流側ロールに速度変動が発生しシート材のたるみ等が発生、更に上流でも実張力変動に繋がるという問題がある。
【０００７】
そこで非特許文献１に記載のように、断紙検出手段によって断紙が検出された時点でロール間で実張力変動が発生するとして、張力変動分に相当するトルク補正信号を加算するシステムも考えられる。しかし、このシステムでは、断紙検出手段を必要とするのみならず、断紙検出時点において瞬時に対応せねばならないため、制御応答に遅れが生じ、十分な制御ができないという不具合がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、既存の張力検出手段を利用してロール間の張力分トルクを算出、補正することにより、新たに断紙検出手段を追加することなく、実張力変動時に発生する他セクションへの影響を抑制することが可能な過渡速度変動を抑制する機能を備えた抄紙機のロール速度制御方法および装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明による抄紙機のロール速度制御方法は、速度制御の対象となる駆動ロールと後段ロールとの間を流れるシート材のロール間の張力を張力検出手段により検出し、検出されたロール間の張力と、前記駆動ロールの半径と、前記駆動ロールと前記駆動電動機間の変速比に基づいて駆動電動機軸換算の後段ロール間張力分トルクをトルク演算手段により演算し、演算された張力分トルク信号を後段ロールによる張力分トルク補正値として前記駆動ロールに対する速度制御信号から常時減じることで前記駆動ロールの過渡速度変動を抑制することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明による抄紙機のロール速度制御装置は、速度制御の対象となる駆動ロールと後段ロールとの間を流れるシート材のロール間張力を検出する張力検出手段と、前記駆動ロールを回転させる駆動電動機を駆動制御する駆動制御手段と、前記駆動電動機に対する速度基準信号に基づいて速度制御信号を生成する速度制御手段と、前記張力検出手段によって検出されたロール間張力と、前記駆動ロールの半径と、前記駆動ロールと前記駆動電動機間の変速比に基づいて駆動電動機軸換算の後段ロール間張力分トルクを演算するトルク演算手段と、演算された張力分トルク信号を後段ロールによる張力分トルク補正値として前記速度制御手段から出力される速度制御信号から常時減じることで前記駆動ロールの過渡速度変動を抑制する速度抑制手段と、を具備することを特徴としている。
【００１１】
また、前記速度抑制手段は、演算された張力分トルク信号の極性を反転させた反転信号を生成する極性反転手段と、生成された反転信号を前記速度制御手段から出力される速度制御信号に常時加算する加算手段とから成ることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、当該ロール間で実張力変動が発生した場合、後段ロールによってシートに与えられていた張力分トルクが喪失するが、常時速度制御信号から減算されている張力分トルク補正値が追従し、後段ロールによる張力分トルク喪失分を当該ロールに与えることができ、速度制御装置の出力は一定のまま制御できるため当該ロールの速度変動を抑制することができる。
【００１３】
したがって、実張力変動時に前段ロールが必要なトルクを急峻な変動を起こすことなく当該ロールに与えることができる。また実張力変動発生前から継続して補正値を加算し続けることで、独立した断紙検出装置などを用いることなく、実張力変動時に発生する速度変動を抑制することができ、当該ロール及び上流ロール間に発生するシート材の張力変動を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す実施形態の作用を示す説明図である。
【図３】張力補償をしない従来制御の作用を示す説明図である。
【図４】非特許文献１に記載の従来制御の作用を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による過渡速度変動を抑制することを特徴とする抄紙機のロール速度制御装置の一実施形態を図１に基づいて説明する。
【００１６】
図１に示すように、この実施形態では、３Ｄスタンドのロール３Ｒを通過した紙（以下、「シート材」とも称する）１は、プレドライヤパートを構成する４Ｄスタンドのロール４Ｒ、サイズプレスパートを構成するＳＺスタンドのロールＳＲ、ドライパートを構成する５Ｄスタンドの搬送ロール５Ｒを通過して搬送されているものとし、４Ｄスタンドの搬送ロール４Ｒのロール速度を速度制御の対象として説明する。
【００１７】
本実施形態におけるロール速度制御装置１１は、４Ｄスタンドの搬送ロール４Ｒを駆動する電動機Ｍを速度制御するものであり、速度制御器１３と、加算器１５と、トルク制御器１７と、張力／トルク変換器１９と、極性反転器２１とを備えている。また、図中、ＴＤは、４Ｄスタンドの搬送ロール４ＲとサイズプレスパートＳＺの搬送ロールＳＲとの間を通過するシート材１の張力を検出する張力検出器を示しており、その検出信号Ｔ2fbkは張力／トルク変換器１９に出力される一方、一般的に行われている後段ロールの張力補正制御用として図示しない制御部に供給されている。また、ＲＶは電動機Ｍの速度を検出する速度検出器である。
【００１８】
速度制御器１３は、電動機角速度基準信号ωrefと電動機Ｍの速度検出器ＲＶからフィードバックされた電動機角速度帰還信号ωfbkとを入力してその偏差をゼロにする速度制御信号ＡＳＲoutを生成する。
【００１９】
加算器１５は、速度制御信号ＡＳＲoutから張力分トルク補償信号τc(ten)を加算したトルク基準信号τrefを生成する。
【００２０】
トルク制御器１７は、トルク基準信号τrefを入力してベクトル演算を実行するベクトル制御部２３と、速度制御器出力信号を生成して電動機Ｍを駆動制御するインバータ回路部２５とから構成されている。
【００２１】
張力／トルク変換器１９は、張力検出器ＴＤで検出された張力検出信号Ｔ2fbkを入力して電動機軸換算張力分トルク信号τmot(ten)を生成する。
【００２２】
極性反転器２１は、入力した電動機軸換算張力分トルク信号τmot(ten)の極性を反転させた張力分トルク補償信号τc(ten)を生成して加算器１５に出力する。
【００２３】
以上の構成において、シート材１は、搬送ロール４Ｒとその後段の搬送ロールＳＲによって図中の右方向に搬送されている。搬送ロール４Ｒは電動機Ｍによって駆動されており、電動機Ｍはトルク制御器１７によってトルク・速度制御されている。張力検出器ＴＤは、搬送ロール４Ｒと搬送ロールＳＲの間のシート材１のシート張力値を検出している。張力／トルク変換器１９では、搬送ロールＳＲの径及びギア比等の機械定数と、張力検出器ＴＤにより検出されたシート張力値とから張力分トルク（電動機軸換算張力分トルク信号）を算出している。極性反転器２１は張力分トルクの極性を反転して速度制御器１３の出力に加算している。
【００２４】
本発明で想定している実張力変動想定箇所は搬送ロール４Ｒと搬送ロールＳＲの間で起こる実張力変動である。実張力変動想定箇所で実張力変動が発生すると搬送ロール４Ｒは搬送ロールＳＲが発生しているシート張力相当のトルクを受ける事が無くなり、搬送ロール４Ｒの後段の搬送ロールＳＲから受けるトルクが不足することになり速度変動が発生する。
【００２５】
シート材１が正常に搬送されている状態では張力検出器ＴＤで検出したシート張力に相当するトルク値が張力／トルク変換器１９により算出され、極性反転器２１で反転され、この反転信号がトルク補正値（張力分トルク補償信号τc(ten)）としてトルク制御器１７に入力されるトルク指令値に加算される。定常状態では搬送ロール４Ｒに必要な張力分トルクは搬送ロールＳＲが発生しているため、速度制御器１３は搬送ロール４Ｒの搬送トルクに加えて搬送ロールＳＲが発生している張力分トルクを合わせてトルク基準として出力しているが、本実施形態では、過度速度変動を抑制するために、極性反転器２１の出力が加算器１５にて加算されており、トルク制御器１７には搬送ロール４Ｒの搬送トルク分だけが入力されている。
【００２６】
この状態で、搬送ロール４Ｒと搬送ロールＳＲとの間の実張力変動想定箇所付近で実張力変動が発生し、ロール間の張力が低下すると、張力検出器ＴＤにより検出される張力が低下し、張力／トルク変換器１９の出力が低下する。これにより、トルク補正値（張力分トルク補償信号τc(ten)）が低下し、あらかじめ算出された搬送ロール４Ｒの搬送トルクと張力分トルクの合計値がトルク制御器１７に与えられ、搬送ロール４Ｒが必要とするトルク値の適正値まで瞬時に追従することができる。これにより、搬送ロール４Ｒは速度変動を発生することなく運転を継続することでき、上流セクションへの破断の連鎖を抑制することができる。
【００２７】
張力／トルク変換器１９で生成される電動機軸換算張力分トルク信号τmot(Ten)［N・m］は以下の式（１）により求めることができる。
【００２８】
τmot(Ten)＝ｒ・Ｇ・Ｔｅｎ２・・・（１）
但し、ｒ：ロール半径、Ｇ：減速比、Ｔｅｎ２：搬送ロール４Ｒと搬送ロールＳＲとの間の張力
以上のように本発明の実施形態によれば、従来より存在する張力検出器ＴＤを使用することで、抄紙機ラインに新しい検出装置を追加することなく実張力変動による速度変動を抑制することができる。
【００２９】
＜実施形態の効果の検証＞
次に、本実施形態の作用効果を従来技術と比較しつつ説明する。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態である張力分トルクを常時補正する場合の作用効果を検証するための特性図、図３は、張力分トルクを補正しない場合の特性図、図４は、張力分トルクを瞬時補正する場合の特性図である。各図において、（ａ）は時間に対する張力を示す特性図、（ｂ）は時間に対する４Ｄスタンド（搬送ロール４Ｒ）の負荷トルク（ロール軸におけるトルク）を示す特性図、（ｃ）は時間に対する４Ｄスタンドの電動機出力トルクを示す特性図、（ｄ）は４Ｄスタンドの張力分トルク補正を示す特性図、（ｅ）は４Ｄスタンドの電動機角速度を示す特性図である。
【００３１】
各図の（ａ）に示すように、紙は、３Ｄスタンド（搬送ロール３Ｒ）から４Ｄスタンドを出て５Ｄスタンド（搬送ロール５Ｒ）に流れていくものとし、５Ｄスタンドの入り側直前で時間ｔ２時点で断紙が発生したものと想定する。（ａ）中、Ｔｅｎ１は３Ｄスタンドと４Ｄスタンド間の張力、Ｔｅｎ２は４ＤスタンドとＳＤスタンドとの間の張力を示している。
【００３２】
（ｂ）に示すように、３Ｄスタンドと４Ｄスタンド間で順次通紙中における４Ｄスタンドの負荷トルクは、電動機の機械損（メカニカルロス）に起因する出力トルクτ(Mech)と、上流側から引っ張られる張力Ｔｅｎ１に起因する出力トルク信号（電動機軸換算張力トルク信号）τ(Ten1)と、逆に下流側から引っ張られる張力Ｔｅｎ２に起因する出力トルク信号（電動機軸換算張力トルク信号）τ(Ten2)を合計した値となる。すなわち、４Ｄスタンドの電動機出力トルクτmotは、
τmot＝τmot(Ten1)＋τmot(Mech)−τmot(Ten2)・・・（２）
となる。
【００３３】
従って、実際の電動機出力トルクτmotは、図２（ｃ）に太い破線で示すような曲線となる。
【００３４】
本発明の実施形態では、図２（ｄ）に示すように、断紙発生前の時点で、予め４Ｄスタンドの搬送ロール４Ｒの出側で検出される張力分のトルク補正量（電動機軸換算張力分トルク信号）τmot(ten)を反転させた信号τc(ten)を加えておくようにしている。
【００３５】
すなわち、速度制御器出力に常時、張力分トルクτ(Ten2)相当の−極性の補正信号が与えられることにより、断紙によるτ(Ten2)喪失がフィードフォワード制御としてトルク基準を補償し、速度制御器出力は変化しなくて良いこととなる。あるいは、張力分トルク補償の後差分だけを制御すれば良いこととなる。
【００３６】
また、図２（ｅ）に示すように、断紙発生時には僅かに角速度が落ちる。なお、図中二点鎖線で示す曲線は補正無しの場合であり、大きく落ち込んでいることが分かる。本実施形態では、僅かな落ち込むで済んでいる。これは張力分トルクτ(ten2)の変化分が、常時フィードフォワード制御としてトルク基準を補償しているため、張力分トルクが急変動しても速度変動を低く抑えることができるためである。したがって、図２（ｄ）に示すように、断紙発生時には、張力分トルク検出信号に多少の遅れはあるものの、図２（ｃ）に斜線で示すように、実負荷トルクと電動機出力トルクとの差は僅かなものであり、確実に補償されていることが理解できる。
【００３７】
＜張力分トルクを補正しない場合＞
図３（ｅ）に示すように、張力分トルクを何ら補正しない場合には、断紙発生時において、４Ｄスタンドの電動機角速度が大きく落ち込んでいる。これは、速度制御系の負荷応答特性により速度低下量、回復応答時間が決定されるためである。速度低下により、図３（ｃ）に斜線で示すように、実負荷トルクと電動機出力トルクとの差が大きいことが分かる。したがって、補正無しの場合、隣接上流側の紙が弛み、断紙が波及してしまうという不具合が生じる。
【００３８】
＜断紙発生時に張力トルクを補正する場合（非特許文献１に記載の瞬時補正）＞
図４（ｃ）に示すように、断紙発生時に張力分トルクを補正する場合には、断紙検出から実際に張力補正がされるまでの補正遅れ時間ｔdが発生してしまう。したがって、この遅れ時間ｔｄ分だけ実際の電動機出力トルクも遅れて出力されることとなる。また、図中、斜線で示すように、本実施形態の場合と比較して実負荷トルクと電動機出力トルクとの差も大きいものとなっている。遅れ時間ｔｄは２秒程度であり、断紙が発生していないのに断紙発生と誤判定されてしまうという不具合もある。本実施形態では、常時、張力分トルクを補正しているので、遅れ時間を極力短くすることができ、これにより、断紙発生の誤判定も回避することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  シート材
３Ｒ，４Ｒ，ＳＲ，５Ｒ  搬送ロール
１１  ロール速度制御装置
１３  速度制御器
１５  加算器
１７  トルク制御器
１９  張力／トルク変換器（トルク演算手段）
２１  極性反転器（速度抑制手段）
２３  ベクトル制御部
２５  インバータ制御部
ＴＤ  張力検出器
ＲＶ  速度検出器
１７  加算器（速度抑制手段）
【図１】
0005514695.tif 000002
【図２】
0005514695.tif 000003
【図３】
0005514695.tif 000004
【図４】
0005514695.tif 000005